DE10047432A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisiegung des Wellenlaufes von Eisenbahnradsätzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisiegung des Wellenlaufes von EisenbahnradsätzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung des Wellenlaufes von Eisenbahnradsätzen, um sowohl einen stabilen Radsatzlauf in der Geraden auch bei hohen Geschwindigkeiten als auch eine vollständig bogenradiale Einstellung des Radsatzes im Bogen zu erreichen. DOLLAR A Mit Hilfe eines aktiven Systems wird die Querbeschleunigung des Radsatzes gemessen und daraus durch geeignete numerische Aufbereitung ein Wendemoment berechnet, das dem Radsatz aufgeprägt wird. Das System kann auch in der Wirkungsweise umgekehrt werden, indem man aus der gemessenen Wendewinkelbeschleunigung des Radsatzes eine Querkraft berechnet, die dem Radsatz aufgeprägt wird. Die zugehörige Vorrichtung besteht aus einem jedem Radsatz zugeordneten Beschleunigungsaufnehmer, zwei in Längsrichtung außerhalb der Längsmittelebene des Radsatzes angeordneten, gegenphasig wirkenden Aktuatoren mit zugehöriger Energieversorgung sowie einem elektronischen Datenverarbeitungssystem.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung des
Wellenlaufes von Eisenbahnradsätzen.
Ein Radsatz besitzt infolge seiner konischen Profile die vorteilhafte Eigenschaft,
sich unter folgenden Voraussetzungen im Bogen selbst bogenradial einzustellen:
- - Die Profilpaarung muß die zur Erzeugung der nötigen Rollradiendifferenz zwischen innerem und äußerem Rand erforderliche Querverschiebung zulas sen; dies ist bei der Standardkombination S 1002/UIC 60/1 : 40 bis zu Bo genradien von etwa 150 m gegeben.
- - Die Wendebewegung des Radsatzes darf nicht behindert sein.
Leider hat der Radsatz wegen der konischen Profile auch die Eigenschaft, daß
der Radsatzlauf in der Geraden bereits bei sehr geringen Geschwindigkeiten
instabil wird (der Radsatz allein bei der o. g. Profilpaarung etwa bei 20 km/h).
Dabei bewegt sich der Radsatz auf einer Wellenbahn durch den Spurkanal des
Gleises (Radsatz-Wellenlauf). Unruhiger Fahrzeuglauf, Verschleiß an Rädern und
Schienen und Rollgeräusche sind die Folge.
Zur Stabilisierung bindet man den Radsatz üblicherweise - mehr oder weniger
steif - an den Drehgestellrahmen an (Radsatzführung) und verhindert somit die
Wendebewegung. Leider zerstört man auf diese Weise den erstgenannten
Selbstlenkungseffekt; Verschleiß und Geräuschemission sind die Folge.
Drehgestelle mit Losrädern gewährleisten zwar systembedingt die Laufstabilität
bis zu sehr hohen Geschwindigkeiten, besitzen aber nicht die Eigenschaften der
Selbstzentrierung und selbständigen bogenradialen Einstellung des Radsatzes
und sind daher einem erhöhten Verschleiß unterworfen.
Auch für Einzelachs-Fahrwerke sind eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen
worden, um den geschilderten Mängeln abzuhelfen.
Einzelachs-Fahrwerke mit Radsätzen können beispielsweise mit Hilfe einer passi
ven Einrichtung, z. B. durch Abgreifen der Winkelstellung zweier benachbarter
Wagenkästen, bogenradial eingestellt werden. So zeigt die CH-PS 399 522 die
Einstellung eines Einzelachs-Fahrwerkes über den Knickwinkel zwischen zwei
Wagenkästen.
Bekannt sind weiterhin Fahrwerke, deren Lösräder elektromechanisch gekoppelt
sind, um eine Stabilisierung und gleichzeitige bogenradiale Einstellung im Bogen
zu erzielen
(EP 0770 533 A1, EP 0785 123 A1, EP 0936 125 A2). Bisher ist allerdings nicht
nachgewiesen worden, ob die genannten Lösungen dem gestellten Anspruch
gerecht werden.
Durch die DE 33 31 559 C2 ist ferner eine Achssteuerung für zwei- oder
mehrachsige Schienenfahrzeuge bekannt, die gegensinnige Wendebewegungen
und Querbewegungen der Radsätze ermöglichen soll und bei der die beiden
Achslager eines Radsatzes mit den jeweils gegenüberliegenden Achslagern des
anderen Radsatzes durch ein hydraulisches System untereinander verbunden
sind und Arbeitsräume verschiedener Hydraulikzylinder in Wirkverbindung ste
hen. Eine aktive Steuerung oder Regelung ist hier nicht vorgesehen.
Schließlich ist durch die DE 31 19 164 C2 eine aktive Steuerung der Radsätze in
einem Drehgestell bekanntgeworden, die vor allem bei Kurvenfahrt einen kon
stanten Abstand des Spurkranzes von der Schieneninnenkante sichern soll. Es
geht hier um ein Drehgestell mit radial einstellbaren Radsätzen, die zur aktiven
Steuerung durch eine Pumpe über eine Steuereinheit beaufschlagbar sind, wobei
die Steuereinheit mit einem Geber zusammenwirkt, welcher die Abstände von
der Schienenkante zum Spurkranz verfolgt. Das Spiel zwischen Schienenkante
und Spurkranz wird in bekannter Weise durch einen Geber gemessen und nach
Soll-Ist-Wert-Vergleich in der Steuereinheit zur Regelung der hydraulischen Kol
benzylinder-Einheit verarbeitet. Bisher ist nicht bekanntgeworden, ob die in die
ser Patentschrift beschriebene aktive Steuerung der Radsätze auch in der Gera
den bei hohen Geschwindigkeiten einen stabilen Radsatzlauf gewährleistet, ab
gesehen davon, daß diese Lösung für ein bestimmtes Luftfedergestell vorge
schlagen wurde.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Entwicklung eines Systems zur Erreichung
eines stabilen Radsatzlaufes in der Geraden in Verbindung mit einer vollständig
bogenradialen Einstellung des Radsatzes im Bogen, das mit einer neuartigen
Steuerungs- oder Regelgröße arbeitet und eine zuverlässige Erkennung des
Wellenlaufes des Radsatzes als Eingangsgröße des Systems aufweist.
Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2
und 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf die An
sprüche 1 und 2 rückbezogenen Ansprüche.
Mit Hilfe eines aktiven Systems wird die Querbeschleunigung des Radsatzes ge
messen und daraus durch geeignete numerische Aufbereitung ein Wendemo
ment berechnet, das dem Radsatz aufgeprägt wird und so den Radsatzlauf sta
bilisiert.
Das System kann auch in der Wirkungsweise umgekehrt werden, indem man in
der oben beschriebenen Weise aus der gemessenen Wendewinkelbeschleuni
gung des Radsatzes eine Querkraft berechnet, die dem Radsatz aufgeprägt wird.
In beiden Fällen darf die Wendebewegung des Radsatzes nicht behindert wer
den; die Radsatzführung überträgt nur Längskräfte (Antriebs- und Bremskräfte),
aber keine Wendemomente.
Bei einer Ausgestaltung ausschließlich als Steuerungssystem verwendet das Sy
stem als Eingangsgröße die Querbeschleunigung und benötigt keine Rückführung
der Ausgangsgröße. Durch die Einfachheit der Steuerung ist die Erfindung
relativ preiswert und wenig fehleranfällig.
Vorteile gegenüber bisher bekannten Lösungen ergeben sich sowohl beim Ein
satz im Drehgestell als auch im Einzelachs-Fahrwerk.
Beim Einsatz im Drehgestell gewährleistet sie einen stabilen Radsatzlauf in der
Geraden bis zu hohen Geschwindigkeiten und läßt gleichzeitig die bogenradiale
Einstellung der Radsätze im Bogen zu.
Durch die bogenradiale Einstellung wird die Querkraftsumme des führenden
Radsatzes im Drehgestell deutlich reduziert. Diese ist insbesondere in Verbin
dung mit einer Neigeeinrichtung im Drehgestell oft das kritische Kriterium für die
maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit im Bogen; daher besitzt die Erfindung
gerade in Kombination mit einer Neigetechnik erhebliche Vorteile.
Auch Geräuschemission im Bogen und Verschleiß werden stark reduziert.
Im Einzelochs-Fahrwerk beseitigt die Erfindung den Nachteil der im Stand der
Technik genannten, relativ einfachen passiven Systeme, daß sie bei Bogenein-
und -ausfahrt Fehlsteuersignale produzieren, die hier kurzfristig zu erhöhtem
Verschleiß führen. Die im Stand der Technik erwähnten aktiven Systeme sind nur
für Einachsfahrwerke einsetzbar und benötigen zudem eine vergleichsweise auf
wendige Regelung der elektromechanischen Kopplung. Gegenüber diesen Sy
stemen wird die Regelung bzw. Steuerung vereinfacht.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der
zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Anwendung der Erfindung im Drehgestell,
Fig. 2 die Anwendung der Erfindung im Einzelachs-Fahrwerk.
In Fig. 1 ist dargestellt, daß sich der Hilfsrahmen 1 einerseits über die Primär
federung 2 in den Richtungen längs, quer und vertikal auf dem Radsatz 3 ab
stützt und andererseits in den Punkten A um die Hochachse drehbar mit dem
Drehgestellrahmen 4 verbunden ist, der über die Sekundärfederung 5 und die
Längsmitnahme 6 den Wagenkasten trägt. Wank- und Nickmomente können
zwischen Hilfsrahmen und Drehgestellrahmen durch Torsionsstäbe 7 oder verti
kal versetzt angeordnete Längslenker 8 übertragen werden.
Das Stabilisierungssystem besteht für jeden Radsatz aus einem Beschleunigungs
aufnehmer 9, zwei in Längsrichtung angeordneten, gegenphasig wirkenden
Aktuatoren 10 mit zugehöriger Energieversorgung sowie einem elektronischen
Datenverarbeitungssystem. Als Aktuator kommen beispielsweise servohydrauli
sche Zylinder mit zugehöriger Druckversorgung (Pumpe und Vorratsspeicher) in
Frage.
Antrieb und/oder Bremse können im Hilfsrahmen angebracht werden.
Im Einzelachs-Fahrwerk (Fig. 2) stützt sich der Fahrwerkrahmen 1 einerseits über
die Primärfederung 2 in den Richtungen längs, quer und vertikal auf dem
Radsatz 3 ab und trägt über die Sekundärfedern 5 den Wagenkasten; die Se
kundärfedern müssen die erforderliche Quer- und Wendebewegung des Fahr
werkrahmens zulassen. Längskräfte und Nickmomente werden über ein Längs
lenkerpaar 6 übertragen, zur Wankmomentenabstützung kann ein Torsionsstab
7 eingesetzt werden. Das Stabilisierungssystem besteht wiederum aus dem Be
schleunigungsaufnehmer 9 und den Aktuatoren 10 sowie der zugehörigen
Energieversorgung und elektronischen Datenverarbeitung.
1
Hilfsrahmen
2
Primärfederung
3
Radsatz
4
Drehgestellrahmen
5
Sekundärfederung
6
Längsmitnahme
7
Torsionsstab
8
Längslenker
9
Beschleunigungsaufnehmer
10
Aktuatoren
Claims (5)
1. Verfahren zur Stabiliserung des Wellenlaufes von Eisenbahnradsätzen mit
Meßwerterfassung, einem oder mehreren Stellgliedern mit zugehöriger Ener
gieversorgung sowie einem Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung zur
Aufbereitung der Meßwerte und Steuerung oder Regelung der Stellglieder,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der meßtechnisch ermittelten Be
schleunigung des Radsatzes (3) horizontal quer zu seiner Fahrtrichtung ein
Wendemoment bestimmt wird, das dem Radsatz (3) um seine Hochachse
aufgeprägt wird.
2. Verfahren zur Stabilisierung des Wellenlaufes von Eisenbahnradsätzen mit
Meßwerterfassung, einem oder mehreren Stellgliedern mit zugehöriger Ener
gieversorgung sowie einem Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung zur
Aufbereitung der Meßwerte und Steuerung oder Regelung der Stellglieder,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der meßtechnisch ermittelten Winkel
beschleunigung des Radsatzes (3) um seine Hochachse eine Kraft bestimmt
wird, die dem Radsatz horizontal quer zu seiner Fahrtrichtung aufgeprägt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als
Steuerungssystem ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als
Regelungssystem ausgebildet ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem jedem Radsatz (3) zuge
ordneten Beschleunigungsaufnehmer (9), zwei in Längsrichtung außerhalb
der Längsmittelebene des Radsatzes angeordneten, gegenphasig wirkenden
Aktuatoren (10) mit zugehöriger Energieversorung sowie einem elektroni
schen Datenverarbeitungssystem besteht.
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